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一轮复习——必修一 第8讲 细胞呼吸的原理和应用
整体知识框架
考点1 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验材料：酵母菌 代谢类型：异养兼性厌氧
2.实验原理：
（1）CO2的检测：
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
③CO2传感器
（2）酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精反应：
3.实验装置：
（1）有氧呼吸：
①有氧呼吸装置由 组成。
②NaOH溶液的作用是 。
③加入瓶中的葡萄糖溶液需加热并冷却的目的分别是：
a.加热目的是 。b.冷却目的是 。
（2）无氧呼吸：
①无氧呼吸装置由 组成。
②f 瓶放置一段时间再连接澄清的石灰水的目的是：___________________________________________。
4.实验结果及结论
5.实验分析：
讨论1：该实验需要设置空白对照组吗？
设置两个或者两个以上的实验组，通过对结果的对比分析进一步探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。
实验思路：
举例：
探究酶的最适温度或PH；探究酵母菌细胞呼吸的方式；
探究光合作用产物O2中氧的来源；赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验等。
讨论2：检测酒精前应将酵母菌的培养时间适当延长，为什么？
教材实验中的“显色”归纳
典例分析1
(2021·广东卷，9改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(下图)。下列叙述正确的是(　　)
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2
C.取酵母菌培养液加斐林试剂后出现砖红色沉淀
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
典例分析2
为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。下列有关分析错误的是( )
A.t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B.t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C.若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D.实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
诊断1
( )(1)做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
( )(2)有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用的产物不同，酵母菌呼吸作用的终产物可通过自由扩散运出细胞。
( )(3)酵母菌、乳酸菌、植物、动物的无氧呼吸称为发酵，产生酒精的无氧呼吸都可叫作酒精发酵。
( )(4)在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可直接向酵母菌培养液中添加酸性的重铬酸钾溶液检测酒精。
( )(5)在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可依据澄清石灰水的变混浊快慢判断细胞呼吸的方式。
考点2 细胞呼吸的方式和过程
1.有氧呼吸
(1)概念：是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生_____________，释放能量，生成_________的过程。
(2)过程
(3)写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路
(4)有氧呼吸过程中[H]的来源和去路: [H]=NADH(还原型辅酶I)
① [H]的来源:有氧呼吸的第 阶段
② [H]的去路：在第 阶段中与 结合形成水
(5)能量转化
(6)有氧呼吸同有机物体外燃烧相比有何不同？意义在于？
典例分析1
呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子
传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，如下图所
示，相关叙述不正确的是(　　)
A．图示过程是有氧呼吸的第三阶段，是有氧呼吸过程中产能最多的阶段
B．有氧呼吸第一、二阶段产生的NADH所携带的电子最终传递给了氧气
C．高能电子在传递过程中逐级释放能量推动H＋跨过内膜到达线粒体基质
D．呼吸链的电子传递所产生的膜两侧H＋浓度差为ATP的合成提供了驱动力
【拓展】
1.请推测原核细胞有氧呼吸的场所可能是？
2.从“内共生学说”的角度分析，线粒体内膜和外膜分别起源于？
3.如何寻找证据支持你的观点？
典例分析2
（2022 山东卷 多选题）在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是（ ）
A．4℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B．与25℃时相比，4℃时有氧呼吸产热多
C．与25℃时相比，4℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D．DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低，生成的ATP减少
典例分析3
兴趣小组进行了研究酵母细胞有氧呼吸场所的实验。结果如下表：
请根据实验结果，思考讨论并回答以下问题：
⑴酵母细胞在什么场所消耗葡萄糖？
⑵酵母细胞在什么场所消耗氧气？
⑶有氧呼吸过程是一步反应还是多步连续反应？
⑷如何解释第2组的实验结果？
典例分析4
线粒体外膜分布着孔蛋白构成的通道蛋白，丙酮酸可以经此通道通过。而线粒体内膜由于蛋白质含量高导致通透性低，丙酮酸需通过与H+协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质，如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A.线粒体内膜的蛋白质/脂质的比值大于线粒体外膜
B.丙酮酸穿过线粒体外膜和内膜的方式均为协助扩散
C.H+通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙的方式为主动运输
D.加入蛋白质变性剂会改变线粒体内膜对H+的运输速率
2．无氧呼吸
（1）过程
（2）不同生物无氧呼吸产物类型及原因
（3）无氧呼吸过程中[H]的来源和去路是怎样的？
[H]的来源：
[H]的去路：
（4）能量变化
葡萄糖无氧呼吸都只在 释放少量的能量，其中一部分储存在 ，一部分以热能形式散失，葡萄糖中大部分能量存留在 中。
小结：无氧呼吸和有氧呼吸的比较
典例分析5
下图为酵母菌和人体细胞呼吸流程图，下列叙述正确的是(　　)
A．若用18O标记葡萄糖，则物质a中会检测到18O
B．条件Y下，产生的物质a使溴麝香草酚蓝溶液变黄色
C．酵母菌产生物质b的场所有线粒体基质、细胞质基质
D．条件X下酵母菌细胞呼吸时，葡萄糖中的能量主要以热能形式散失
典例分析6
（不定项)癌细胞即使在氧气充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。研究表明，癌细胞和正常分化的细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖的量和正常细胞不同。如图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，下列分析中错误的是（ ）
A．若研制药物抑制癌症患者体内细胞的异常代谢途径，可选用图中①④⑤为作用位点
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量的ATP
C．葡萄糖通过细胞膜上的载体蛋白A进入细胞，生成的五碳糖可作为合成DNA的原料
D．发生“瓦堡效应”的癌细胞吸收的葡萄糖比正常细胞的多，且过程④⑤可同时进行
典例分析7
（2022 江苏卷)（不定项) 下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述正确的有（ ）
A．三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2并消耗O2
B．生物通过代谢中间物，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系
C．乙酰CoA在代谢途径中具有重要地位
D．物质氧化时释放的能量都储存于ATP
典例分析8
下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A.细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和NADH的反应，只发生在有氧时
B.有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP
C.在线粒体内膜利用的[H]只来自于丙酮酸水解
D.剧烈运动时肌细胞产生的CO2全部来自线粒体.
E.无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
F.蓝细菌的能量来源于其线粒体有氧呼吸过程
G.无氧呼吸能产生ATP，但没有NADH的生成过程
H.无氧呼吸产生的能量大多用于合成ATP
I.人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
J.有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用的产物不同
3.呼吸作用
(1)概念：是指有机物在细胞内经过一系列的____________，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成_________的过程。
(2)类型：______________________。 (3)实质：______________________。
(4)意义：_________________________________。
归纳总结：细胞呼吸的3点注意
(1)真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。
(2)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝细菌、硝化细菌等，因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
(3)人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体；酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质。
诊断2
（ ）(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解
（ ）(2)没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸
（ ）(3)葡萄糖是细胞呼吸唯一能利用的物质
（ ）(4)有氧呼吸产生的能量大部分储存在ATP中
（ ）(5)线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O
（ ）(6)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累
（ ）(7)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖
（ ）(8)同有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少
（ ）(9)人在剧烈运动时产生的CO2只来自有氧呼吸
（ ）(10)人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供
（ ）(11)过保质期的酸奶常出现胀袋现象是由于乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的
（ ）(12)乳酸菌的细胞质中能产生[H]、ATP和CO2等物质
（ ）(13)细胞内生成的NAD＋参与葡萄糖转化成丙酮酸的反应
（ ）(14)无氧呼吸使有机物中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中
（ ）(15)小白鼠吸入18O2后，尿中的水可能含18O，呼出的CO2也可能含18O
（ ）(16)丙酮酸在细胞质基质和线粒体基质中分解释放的能量都可用于ATP的合成
考点3 细胞呼吸类型的判断
1.判断细胞呼吸方式
典例分析1
有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如图所示。据图中信息推断，正确的是(　　)
A．当O2浓度为a时，酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
B．当O2浓度为c时，有2/5的葡萄糖用于酵母菌的无氧呼吸
C．当O2浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸方式有所不同
D．a、b、c、d不同O2浓度下，细胞呼吸各阶段都能产生[H]和ATP
2.通过实验装置分析
(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是_______________________________,
装置1中着色液滴移动的距离代表__________________________________
(2)装置2中着色液滴移动的距离代表__________________________________
(3)实验结果分析：
(4)为了排除环境因素对实验结果的干扰，对照组的设置为___________________。
(5)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行 处理，所测种子进行 处理（灭菌/消毒）
(6)只考虑有氧呼吸，若装置1刻度左移5个单位，对照组刻度右移2个单位，则实际呼吸强度为_____个单位。
(7)若装置1、2中的着色液滴均左移，则最可能的原因____________________。
典例分析2
下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：
酵母菌细胞内丙酮酸在_________________________(填场所)被消耗，从能量转化角度分析，丙酮酸在不同场所被分解时有什么不同？
(2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的_________________________进行检测。
(3)按照上述实验过程，观察到___________________________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。
(4)请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：
(5)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成_____(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。
考点4 影响呼吸速率的因素及其应用
1.内部因素（遗传因素）
不同植物呼吸速率不同（阳生植物＞阴生植物）
同一植物不同发育时期不同（幼苗期＞成熟期）
同一植物不同器官不同（生殖器官＞营养器官）
是否有线粒体、线粒体数目；酶的种类、数量、活性
2.外部因素
氧气浓度 温度 H2O CO2
(第三阶段) (酶活性) (代谢强度) (第二阶段)
问题1：探究不同环境因素对呼吸速率的影响时，如何选材？
曲线图：
应用：
① 零上低温贮存果蔬、粮食；
② 在大棚栽培中，夜间和阴天适当降温，减少有机物的消耗；
③温水和面发酵快。
应用：
①果蔬保鲜中，适当增加CO2浓度（或充入N2）
可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。
应用：
①粮食在收仓前要晾晒，贮藏要零上低温，低氧，干燥；
②干种子萌发前浸泡处理；
③果蔬储存：零上低温，低氧，一定湿度。
①R点的含义？
②B点的含义？
应用：
①贮藏蔬菜、水果和种子：(低氧，否则产生酒精过多，
会导致腐烂)
②施肥后，中耕松土，提高肥效。
典例分析1
(2023·湖南省联考)呼吸熵(RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量)可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。如图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。以下叙述中，正确的是（ ）
A.呼吸熵越大，细胞有氧呼吸越强，无氧呼吸越弱
B.B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度
C.为了减少有机物的损耗，最好将氧分压调至C点
D.C点以后，细胞呼吸强度不再随氧分压的变化而变化
典例分析2
下图表示某植物的非绿色器官在不同在不同氧气浓度下，单位时间
内O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是( )
A．氧气浓度为0时，该器官不进行细胞呼吸
B．氧气浓度为10%以下时，该器官只进行无氧呼吸
C．氧气浓度为10%以上时，该器官只进行有氧呼吸
D．保存该器官时，氧气浓度越低越好
3.种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线
(1)在种子萌发的第Ⅰ阶段，由于(吸胀)吸水，呼吸速率上升。
(2)在种子萌发的第Ⅱ阶段，细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大
得多，说明在此期间主要进行无氧呼吸。
(3)在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以有氧呼吸为主，同时胚根大量吸水(渗透吸水)。
典例分析3
干种子萌发过程中，CO2释放量（QCO2）和O2吸收量（QO2）的变化趋势如图所示（假设呼吸底物都是葡萄糖）。回答下列问题：
（1）干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率________（填“增强”或“减弱”）。
（2）若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是
______________________________________________。（答出2点即可）。
（3）与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括_______________________________。
4.应用
（1）蔬菜保鲜与种子贮藏所需条件是否相同？
（2）大豆种子萌发过程中，O2消耗量等于CO2释放量时，是无氧呼吸的消失点吗？
（3）密封地窖能长时间储存水果、地瓜、马铃薯的原因是什么？
（4）为什么包扎伤口应选用透气的纱布？
（5）夏季，池塘中的鱼在黎明时分常出现浮头现象，原因是什么？
（6）酿酒业常用的菌种是酵母菌，在利用酵母菌酿酒时，发酵池往往封入一部分空气，为什么？

（7）“松土”对农作物的意义和对全球气候的影响分别是什么？
典例分析4
(2021·湖北卷，10)采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应，逐渐褐变。密封条件下4 ℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是(　　)
A.常温下鲜梨含水量大，环境温度较高，呼吸代谢旺盛，不耐贮藏
B.密封条件下，梨呼吸作用导致O2减少，CO2增多，利于保鲜
C.冷藏时，梨细胞的自由水增多，导致各种代谢活动减缓
D.低温抑制了梨的酚氧化酶活性，果肉褐变减缓
典例分析5
(2021·河北卷，14改编)《齐民要术》中记载了利用荫坑贮存葡萄的方法(如图)。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气)，延长了果蔬保鲜时间、增加了农民收益。下列叙述不正确的是（ ）
A.荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解
B.荫坑和气调冷藏库贮存的果蔬，有氧呼吸中不需要氧气参与的第一、二阶段正常进行，第三阶段受到抑制
C.气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性
D.气调冷藏库配备的气体过滤装置及时清除乙烯，可延长果蔬保鲜时间
典例分析6
(2021·湖南卷，12)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是(　　)
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用
诊断3
(　　)(1)严格的无氧环境条件下细胞呼吸分解有机物最少，有利于水果保鲜
(　　)(2)同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异
(　　)(3)皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
(　　)(4)剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸
(　　)(5)种子萌发过程中氧气不足时可同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
(　　)(6)提倡有氧运动，原因之一是避免肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸
(　　)(7)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏
(　　)(8)温室大棚中，可以通过夜间适当降温来提高农作物的产量
(　　)(9)中耕松土、适时排水都是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用

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